Kozmikus vihar tombol a Naprendszerben

A NASA ACE (Advanced Composition Explorer) mesterséges holdjának legújabb mérései alapján az űrkorszak elmúlt ötven esztendeje alatt soha nem volt olyan magas a Földet bombázó kozmikus sugárzás intenzitása, mint most. A növekedés a 2008-as – addigi legmagasabb – értékhez képest is majdnem húszszázalékos. Richard Mewaldt (Caltech) szerint az emelkedés arra kényszeríthet bennünket, hogy újragondoljuk a jövő űrmisszióiban résztvevő asztronauták sugárvédelmének problémáját.

Az intenzitásnövekedés egyértelmű oka a 2007-ben kezdődött, és még ma is tartó nagyon mély naptevékenységi minimum. A kutatók azt már régóta tudják, hogy ilyenkor a kozmikus sugárzás intenzitása megnövekszik, a Nap jelenlegi aktivitása azonban olyan csekély, amilyen a modern időkben még nem volt, így a helyzet ideális a – Mewaldt szavaival – tökéletes kozmikus viharhoz.

A galaktikus kozmikus sugárzás a Naprendszeren kívülről érkezik. A plazmaáram szubatomi részecskéit (főleg protonok) és a ritkábban előforduló nehéz magokat a távoli szupernóva-robbanások energiája gyorsítja közel fénysebességre. Amikor ezek a részecskék a Föld légkörének molekuláival találkoznak, a kölcsönhatások következtében másodlagos részecskék szintén nagyenergiájú árama (kaszkád) generálódik, ez pedig közvetlen veszélyt jelent a Föld körüli térségben dolgozó asztronautákra. Ne felejtsük el azonban, hogy akár egyetlen részecske is tönkretehet egy műholdat, vagy végzetes problémát is okozhat, ha szerencsétlenül talál el például egy integrált áramkört.

A kívülről támadó, nagy energiájú részecskeárammal szemben az első védelmi vonalunk a Nap mágneses mezeje. Az egész Naprendszer a Merkúrtól a Plútóig, és azon is túl az úgynevezett helioszférában van. Ennek a mágneses buboréknak a forrása a Nap belsejében működő dinamó, a Naprendszert is meghaladó méretre pedig a Napból kiáramló részecskék (napszél) fújják fel. A kozmikus sugárzás részecskéinek először át kell jutniuk a helioszféra külső rétegein, majd meg kell küzdeniük a belső területek erősebb mágneses terével, ami szétszórni igyekszik őket. Csekély napaktivitás esetén ez a természetes védőpajzs meggyengül, és a kozmikus sugárzás részecskéi nagyobb arányban érik el a Naprendszer belső régióit.

Mewaldt a jelenlegi naptevékenységi minimum három aspektusát említi, melyek kombinációja hozzájárul a kozmikus vihar erősítéséhez. Az első tényező a Nap mágneses tere gyenge. A bolygóközi mágneses tér erőssége a szokásos hat-nyolc nanotesla helyett csak négy. Ez a minden eddiginél kisebb érték kétséget kizáróan hozzájárul a kozmikus sugárzás kiugróan magas fluxusához.

A napszél intenzitása szintén nagyon alacsony. Az Ulysses szonda mérései alapján torlónyomása az elmúlt 50 év során nem volt a maihoz hasonlóan kicsi, így a mágneses védőbuborék kiterjedése is jóval kisebb a szokásosnál, azaz a kintről érkező részecskéknek rövidebb, számukra veszélyes utat kell megtenni, hogy bejussanak a Naprendszer belsejébe.

Mivel a napszéllel kifele sodródó mágneses erővonalak vége a Nap felszínéhez kapcsolódik, csillagunk rotációja miatt a tér spirálisan felcsavarodik, így a Naprendszer külső tartományaiban az erővonalak már közel merőlegesek a Nap irányára. Az a felület, amelyen a mágneses polaritás éppen északiról délire vált, egy pörgő táncosnő feltekeredett szoknyájának fodraihoz hasonlít (matematikailag arkhimédeszi spirális). A naptevékenység gyengülésével ezek a fodrok egyre jobban kisimulnak, ez pedig azért fontos, mert a kozmikus sugárzás részecskéi ezeket a hullámokat követik. Ha tehát teljesen ellaposodnak, a nagy energiájú részecskék szinte akadálytalanul hatolhatnak be a belső tartományokba. Mewaldt szerint a folyamat végén akár 30 százalékos intenzitásnövekedés is bekövetkezhet a korábbi maximális fluxushoz képest.

A Föld maga azonban nincs veszélyben az extra intenzitás miatt, ugyanis saját mágneses tere az atmoszférájával együtt elegendő védelmet nyújt a kozmikus sugarakkal szemben. A jelenlegi magas intenzitás még az írott történelem mindössze évezredes időskáláján sem kiugró, ugyanis évszázadokkal ezelőtt a fluxus legalább 200 százalékkal nagyobb volt a mainál. Ezt onnan lehet tudni, hogy a légkörben a nagyenergiájú részecskék hatására 10-es tömegszámú berillium izotópok keletkeznek, melyeket a sarki jég megőrzött. A jégből vett minták vizsgálatával megállapítható arányuk alapján a sugárzás fluxusa több, mint ezer évre visszamenőleg megbecsülhető. Mewaldt szerint tehát a modern korban eddig viszonylag alacsony intenzitással éltünk együtt, de lehet, hogy ez éppen most van visszatérőben a korábbi századok szintjére.